analisa efisiensi penggunaan motor ac 3 phasa …
TRANSCRIPT
LEMBAR PENGESAHAN
SKRIPSI
ANALISA EFISIENSI PENGGUNAAN MOTOR AC 3 PHASA SEBAGAI
PENGGERAK POMPA CENTRIFUGAL PADA BOOSTER PUMP
MENARA AIR PDAM TIRTANADI SUMATERA UTARA
Diajukan untuk memenuhi tugas-tugas dan melengkapi persyaratan
memperoleh gelar Sarjana Teknik ( S.T ) Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara
Telah Diuji dan Disidangkan Pada Tanggal :
Rabu, 23 Maret 2016
DISUSUN OLEH :
ARI SAPUTRA
NPM. 1007220043
Disetujui Oleh :
Diketahui dan Disahkan
Ketua Program Studi Teknik Elektro
Rohana, S.T., M.T
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Dosen Penguji Pembimbing - I
Ir. Suwarno, M.T
Dosen Penguji Pembimbing- II
M.Syafril, S.T., M.T
Dosen Penguji - I
Rohana, S.T., M.T
Dosen Penguji - II
Ir. Muliadi
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Saya yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : ARI SAPUTRA
NPM : 1007220043
Tempat/Tgl Lahir : Medan, 15 Maret 1990
Fakultas : Teknik
Program Studi : Teknik Elektro
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang berjudul :
“ANALISA EFISIENSI PENGGUNAAN MOTOR AC 3 PHASA SEBAGAI
PENGGERAK POMPA CENTRIFUGAL PADA BOOSTER PUMP
MENARA AIR PDAM TIRTANADI SUMATERA UTARA”
Adalah benar hasil karya tulis yang saya kerjakan bedasarkan hasil
penelitian, pemikiran, dan pemaparan asli dari saya sendiri. Jika ada karya orang
lain dalam penulisan skrispsi ini, saya akan mencantumkan sumber yang jelas.
Karya tulis tugas akhir ini bukan merupakan plagiarisme, pencurian hasil
karya milik orang lain, hasil kerja orang lain untuk kepentingan saya karena
hubungan material maupun non-material, ataupun segala kemungkinan lain yang
pada hakekatnya bukan merupakan karya tulis tugas akhir saya secara orisinil dan
otentik.
Bila kemudian hari diduga kuat ada ketidaksesuaian antara fakta dengan
kenyataan ini, saya bersedia diproses oleh tim Fakultas yang dibentuk untuk
melakukan verifikasi, dengan sanksi terberat berupa pembatalan kelulusan
/kesarjanaan saya.
Demikianlah pernyataan ini saya perbuat dengan kesadaran sendiri dan
tidak atas tekanan ataupun paksaan dari pihak maupun demi menegakan integritas
akademik di Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Muhammadiyah Sumatera Utara.
Medan, Maret 2016
Saya yang menyatakan
( ARI SAPUTRA )
ABSTRAK
ARI SAPUTRA. NPM. 1007220043. Analisa Efesiensi Daya Motor AC 3 Phasa Sebagai
Penggerak Pompa Booster Pump Menara Air PDAM Tirtanadi Sumatera Utara, 2016.
Skripsi.
Efisiensi energi meskipun sedikit akan sangatlah berpengaruh dan berdampak
besar dari segi daya, ekonomi, lingkungan dan lainnya. Banyak potensi
penghematan energi yang dapat digali, salah satunya dari kinerja motor. Motor
AC 3 phasa adalah pengguna utama listrik di suatu industri modern. Rata - rata
konsumsi listrik untuk motor listrik adalah sekitar 65 - 70% dari total biaya listrik.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar nilai efisiensi pada
motor AC 3 phasa sebagai penggerak pompa. Metode penelitian yang dilakukan
adalah dengan cara studi literatur, pengukuran, dan pengolahan data. Metedologi
dalam pengumpulan data dilakukan dengan kriteria sampling motor, pengukuran,
dan analisa output. Dari hasil analisis, diketahui bahwa rata – rata motor AC 3
fasa untuk kerja pompa centrifugal pada Booster Pump Menara Air PDAM
Tirtanadi Sumatera Utara bekerja pada efisiensi 47, 42% terhadap beban. Hasil
ini, bisa disebut kurang baik mengingat efisiensi maksimum terjadi sekitar 75 –
80%. Banyaknya energi terbuang percuma ini jikalau disadari membawa banyak
dampak negatif yang merugikan perusahaan, salah satunya adalah produktivitas.
Kata Kunci : Efesiensi, Motor AC 3 Phasa, dan Pompa
ABSTRACT
ARI SAPUTRA. NPM. 1007220043. Power Efficiency Analysis 3 Phase AC Motor
Fueling Pump Booster Pump For Water Tower Tirtanadi PDAM North Sumatera, 2016.
Thesis.
Energy efficiency though a little to be very influential and have a major impact in
terms of power, economy, environment and others. Lots of potential energy
savings that can be extracted, one of the motor performance. 3-phase AC motors
are the main users of electricity in a modern industry. Average electricity
consumption for electric motors is approximately 65-70% of the total cost of
electricity. This study aims to determine how much value the efficiency of the 3
phase AC motor as the driving pump. The research method is by way of literature
study, measurement, and data processing. Methodology in the data collection is
done by sampling criteria motors, measurement, and analysis output. From the
analysis, it is known that the average 3-phase AC motors for centrifugal pump
working in the Booster Pump Water Tower Tirtanadi PDAM North Sumatera
work on the efficiency of 47, 42% of the load. These results, can be called not
good considering the maximum efficiency occurs around 75-80%. The amount of
this energy is wasted if unconsciously bring many negative impacts that hurt the
company, one of which is productivity.
Keywords : Efficiency, 3 Phase AC Motor and Pump
i
KATA PENGANTAR
Pujisyukursaya panjatkanataskehadirat ALLAH SWT
atasrahmatdankarunia-Nya yang diberikankepadakitasemua. Tak
lupa,JunjunganshalawatdansalamatasNabi Muhammad SAW yang
membawakitadarizamanjahiliyahkezamanterangbenderang yang
penuhdenganilmupengetahuan seperti saat ini.
Dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan Alhamdulillah,
akhirnya dapatmenyelesaikanSkripsi ini.Bermodalkan tekat dan semangat, penulis
berupaya dengansegalakemampuanuntuk dapat menyelesaikannya, meskipun
penulis menyadarimasihadakekurangan di dalamnya.
Skripsiinidisusungunamemenuhi salahsatutugas dan
syaratkelengkapanuntukmemperolehgelarSarjanapadaFakultasTeknik,Universitas
Muhammadiyah Sumatera Utara (UMSU).
Padakesempatanini,penulismengucapkanribuanterimakasihkepadapihak-
pihak yang
telahbanyakmembantudalammenyelesaikanskripsiinisehinggadapattersusundanter
selesaikandenganlancar.Unutk
itu,penulisinginmengucapkanbanyakterimakasihkepada :
1. Kedua orang tua, Ayahanda (Alm. H. M. Yusuf T.A) dan Ibunda (Hj.
Misnah) yang dengan penuh kasih sayang telah memberikan dukungan,
perhatian, nasehat serta doanya.
2. Bapak Dr. Agussani, M.AP selaku Rektor UMSU.
ii
3. BapakRahmatullah, S.T., M.Sc selakuDekan Fakultas Teknik UMSU.
4. Ibu Rohana, S.T., M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro UMSU.
5. BapakZulfikar, S.T., M.T selakuSekretaris Program Studi Teknik Elektro
UMSU.
6. BapakIr. Suwarno, M.T sebagaipembimbing I yang
telahmeluangkanwaktunyadanmemberikanbimbingankepadapenulisdalampe
ngerjaantugasakhirini.
7. BapakM. Syafril, S.T., M.T sebagaipembimbing II yang
telahmeluangkanwaktunyadanmemberikanbimbingankepadapenulisdalampe
ngerjaantugasakhirini.
8. ManagemenPDAM TirtanadiProvinsi Sumatera Utara yang
telahmemberikanizinuntukmelakukanpenelitian.
9. Bapak Romy Pranata, S.T selaku Kepala Bidang Gambar Teknik Perencana
Air Limbah PDAM Tirtanadi yang memberikan izin, bantuan moral maupun
moril.
10. Rizky Pradita, atassegaladoa, perhatian,dan dukungannyaselamaini.
11. Rekan-rekandansemuapihak yang telahmembantudalampenulisanlaporan
ini, yang belumsempatpenulissebutkan.
Sebagai manusia biasa tentunya penulis tidak luput dari kesalahan dan
kekurangan, segala kritik dan saran sangat diharapkan untuk dapat digunakan
dalam pengembangan selanjutnya bagi penulis serta untuk menyempurnakan
tugas akhir ini.
Medan, Maret 2016
Penulis,
(Ari Saputra)
iii
iii
DAFTAR ISI
ABSTRAK
ABSTRACTHal
KATA PENGANTAR ....................................................................................... ii
DAFTAR ISI .......................................................................................................iv
DAFTAR TABEL...............................................................................................
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................v
DAFTAR LAMPIRAN ..........................................................................................
BAB I PENDAHULUAN
I.1LatarBelakang ............................................................................................. 1
I.2Rumusan Masalah........................................................................................ 2
I.3 Batasan Masalah............................................................................................ 3
I.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian......................................................................4
I.5Metode Penelitian......................................................................................... 4
I.6Sistematika Penulisan.....................................................................................
BAB II LANDASAN TEORI
II.1. Landasan Teori Relevan............................................................................
II.2.Motor Induksi............................................................................................5
II.2.1Kontruksi Motor Induksi.....................................................................
II.2.2 Prinsip Kerja........................................................................................
II.2.3 Rugi-rugi Motor Induksi......................................................................
II.2.4 Efesiensi Motor Induksi.......................................................................
II.2.5 Faktor-faktor Efesiensi Motor Induksi.................................................
II.3. Pompa Sentrifugal..................................................................................
II.3.1 Bagian – bagian Pompa Sentrifugal....................................................
II.3.2 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal.........................................................
II.3.3 Pengertian Fluida, Debit, dan Head......................................................
II.3.4 Estimasi Efesiensi Pompa.....................................................................
1
2
3
3
4
4
6
7
8
14
19
21
24
26
28
29
32
32
i
iii
vi
vii
viii
v
II.4. Booster Pump..............................................................................................
BABIII METODE PENELITIAN
III.1. Waktu dan Tempat Penelitian ....................................................................
III.2. Teknik Pengumpulan Data .........................................................................
III.3. Diagram AlirMetedologiPengumuplan Data..............................................
III.4. Data...............................................................................................................
III.4.1. Elektromotor Distribusi....................................................................
III.4.2. Pompa..............................................................................................
III.4.3. Genset...............................................................................................
III.4.4. Trafo.................................................................................................
III.5. Instalasi Perpipaan BP Menara...............................................................
III.6. Teknik Analisis Data...............................................................................
III.7. Survei Beban Motor...................................................................................
BAB IVANALISA DATA DAN HASIL
IV.1 Pengoperasian Elektromotor Penggerak Pompa........................................
IV.2 Perhitungan Daya Motor Untuk Kerja Pompa...........................................
IV.3 Perhitungan Efesiensi Daya Motor Untuk Kerja
Pompa.............................IV.4 Data Hasil
Perhitungan..............................................................................
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1. Kesimpulan.................................................................................................
V.2. Saran............................................................................................................
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
LAMPIRAN - LAMPIRAN
47
53
54
63
66
67
ix
37
39
39
40
42
41
42
43
44
45
46
46
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar. 2.1 Motor Induksi...................................................................................
Gambar. 2.2Konstruksi Motor Induksi................................................................
Gambar. 2.3Stator................................................................................................
Gambar. 2.4 Komponen Stator Motor Induksi Tiga Fasa......................................
Gambar. 2.5Rotor................................................................................................
Gambar.2.6 Bentuk Rotor Kutub Silinder........................................................
Gambar.2.7 Bentuk Rotor Kutub Menonjol.........................................................
Gambar.2.8 Prinsip Kerja Motor Induksi............................................................
Gambar.2.9 Bentuk Gelombang Sinusoida dan Timbulnya Medan
Putar Pada Stator Motor Induksi..........................................................
Gambar.2.10 Rugi - rugi Daya Motor Induksi.................................................. 53
Gambar 2.11Grafik Efisiensi motor terhadap beban...................................... 5
Gambar.2.12Blok Diagram Daya dan Rugi Motor Induksi.............................
Gambar.2.13Motor penggerak pompa...............................................................
Gambar.2.14. Pompa Sentrifugal (Juwana, 2005)............................................
Gambar.2.15 Bagian-bagian Pompa Sentrifugal...............................................
Gambar.2.16 Pompa Sentrifugal.......................................................................
Gambar.2.17Motor Pompa Sentrifugal..............................................................
Gambar. 2.18 Pompa susunan seri.....................................................................
Gambar. 2.19 Pompa susunan paralel..................................................................
Gambar.2.20Booster Pump................................................................................
Gambar.2.21Bagian – Bagian Booster Pump...................................................
Gambar. 3.1Diagram Alir Metologi Pengumpulan Data..................................
Gambar. 3.2 Motor Induksi Terhubung Dengan Pompa Sentrifugal...................
Gambar. 3.3Pompa Sentrifugal Di Bawah Menara Air..........................................
Gambar. 3.4 Genset...........................................................................................
Gambar. 3.5 Instalasi Booster Pump Menara Air PDAM Tirtanadi....................
Gambar. 4.1Ilustrasi Transfer Daya Masuk Motor Ke Daya Hidrolis..................
Gambar. 4.2.Grafik Konversi Daya Motor AC 3 Phasa Ke Pompa...................
Gambar. 4.3.Grafik Nilai Efesiensi Daya Motor AC 3 Phasa.........................
8
9
10
10
11
13
13
15
16
19
20
21
23
27
29
30
31
35
36
38
38
40
41
42
43
45
64
64
65
vii
DAFTAR TABEL
Tabel. 2.1. Metode Pengukuran Efisiensi Motor Induksi IEEE.............................
Tabel. 3.1.Spesifikasi Elektromotor Booster Pump Menara Air
PDAM Tirtanadi................................................................................
Tabel. 3.2.Spesifikasi Pompa Booster Pump Menara Air PDAM Tirtanadi.....
Tabel. 3.3.Spesifikasi Genset Booster Pump Menara Air PDAM Tirtanadi......
Tabel. 3.4.Spesifikasi Trafo Booster Pump Menara Air PDAM Tirtanadi........
Tabel 4.1.Pengoperasian Pompa dan level ketinggian pada Booster
Pump Menara Air PDAM Tirtandi Pada : Senin, 08 Juni 2015........
Tabel 4.2.Pengoperasian Pompa dan level ketinggian pada Booster
Pump Menara Air PDAM Tirtandi Pada : Senin, 15 Juni 2015........
Tabel 4.3.Pengoperasian Pompa dan level ketinggian pada Booster
Pump Menara Air PDAM Tirtandi Pada : Senin, 22 Juni 2015.......
Tabel 4.4.Pengoperasian Pompa dan level ketinggian pada Booster
Pump Menara Air PDAM Tirtanadi..................................................
Tabel 4.5.Data debit air, head, massa jenis air, dan gravitasi
dari pompa – pompa..........................................................................
Tabel 4.6Data Motor Induksi Untuk Kerja Pompa Berupa Tegangan,
Arus, dan Faktor daya...........................................................................
Tabel 4.7. Perhitungan Daya, Rugi-rugi dan Efisiensi Motor Terhadap Pompa.......
25
42
43
44
44
48
49
50
51
53
54
63
viii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1Detail Spot Booster Pump Menara Air PDAM Tirtanadi.................
Lampiran 2Daftar Teknis Booster Pump Menara Air PDAM Tirtanadi............
69
70
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sebagian besar sumber energi Indonesia dikonsumsi oleh sektor industri.
Oleh karena itu, efisiensi energi di sektor ini meskipun sedikit akan sangatlah
berpengaruh dan berdampak besar dari segi daya, ekonomi, lingkungan dan
lainnya.
Banyak potensi penghematan energi yang dapat digali, salah satunya dari
kinerja motor. Motor induksi adalah pengguna utama listrik di suatu industri
modern. Rata-rata konsumsi listrik untuk motor listrik adalah sekitar 65-70% dari
total biaya listrik.
Motor induksi tiga fasa adalah salah satu merupakan motor yang banyak
digunakan di industri karena berbagai kelebihannya, antara lain harga murah,
tahan lama, handal, konstruksi sederhana dan bebas perawatan. Belakangan,
permasalahan pada suatu perusahaan terhadap penggunaan motor listrik jangka
panjang adalah kurang memperhatikan nilai efesiensinya. Padahal di masa kini
dan nanti masa depan, tentu biaya bahan bakar akan terus meningkat karena
masalah lingkungan dan sumber energi yang terbatas serta lain - lainnya.
Maka, perhitungan kembali nilai efisien motor lama harus dilakukan demi
mendapat hasil nilai maksimal perfomance dari motor tersebut. Jikalau ternyata
sudah terlalu jauh dari nilai efisiensi pabrikan, harus perlu diperhitungkan kembali
2
untuk mengganti motor lama, menambah ataupun mengganti dengan motor hemat
energi terbaru.
Di negara-negara Eropa, ada standarisasi motor-motor listrik ke dalam
berapa kelas berdasarkan efesiensinya. misalnya persetujuan antara komisi
Eropa dan CEMEP (the European Committee of Manufacturers of Electrical
Machines and Power Electronics) untuk mengklasifikasikan motor AC frekuensi
rendah berdasarkan efisiensinya ke dalam 3 (tiga) kelas, menjadi EFF 1, EFF
2 dan EFF 3. Untuk EFF 1 adalah motor listrik yang paling efisien, paling sedikit
memboroskan tenaga, sedangkan EFF 3 sudah tidak diperbolehkan dalam
lingkungan, sebab boros tenaga, tidak ramah lingkungan dan lain- lain.
1.2 Rumusan Masalah
Perumusan masalah yang akan dibahas dari tugas akhir ini adalah :
1. Bagaimana cara menyelaraskan motor AC 3 phasa dengan pompa
centrifugal ?
2. Bagaimana menganalisa nilai efisiensi daya motor AC 3 phasa sebagai
penggerak pompa sentrifugal yang sedang beroperasi menggunakan
metode rumus sederhana yang berlaku ?
1.3. Batasan Masalah
Agar tidak menyimpang dari judul dan pembahasan, maka perlu ada
batasan masalah dari tugas akhir ini, antara lain :
3
1. Penelitian bedasarkan laporan operasional booster pump berdasarkan
data harian PDAM Tirtanadi selama1 bulan.
2. Kondisi objek dan sistem amatan tidak berubah selama proses evaluasi
dilaksanakan.
3. Penelitian terbatas hanya pada booster pump menara air PDAM
Tirtanadi.
1.4. Tujuan dan Manfaat
Adapun tujuan dari pengerjaan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Dapat mengetahui cara kerja dalam menyelaraskan motor induksi 3
fasa dengan pompa air sentrifugal.
2. Menganalisa konsumsi daya listrik multi motor induksi tiga fasa
penggerak pompa air sentrifugal.
3. Dapat membandingkan nilai konversi daya motor ke pompa dengan
nilai total spesifikasi pabrik dengan kinerja di lapaangan.
4. Mencari nilai efesiensi kinerja daripada motor induksi 3 phasa dengan
pompa air booster pump.
Tugas akhir analisa ini membawa manfaat yang antara lain :
1. Sebagai bahan pertimbangan/perhitungan untuk perusahaan dan para
perusahaan lainnya jikalau ingin menggunakan motor listrik sebagai
penggerak pompa sentrifugal.
2. Menambah pengetahuan mahasiswa serta meningkatkan keterampilan
yang telah diperoleh di bangku perkuliahan.
4
3. Sebagai bahan dasar penelitian selanjutnya.
1.5. Metode Penelitian
Metode penelitian yang dilakukan adalah dengan studi literatur,
pengukuran, dan pengolahan data.
1.6. Sistematika Penulisan
Sistematika untuk menyusun tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Latar Belakang, Rumusan Masalah, Batasan Masalah, Tujuan,
Manfaat, Metode Penelitian, dan Sistematika Penulisan.
BAB II : LANDASAN TEORI
Motor Induksi, Pompa Sentrifugal, dan Booster Pump
BAB III : METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian, Teknik Pengumpulan Data,
Diagram Alir Metodologi Pengumpulan Data, dan Data.
BAB IV : ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
5
Pengoperasian Elektromotor Penggerak Pompa, Perhitungan
Daya Motor Untuk Kerja Pompa, dan Data Hasil Perhitungan
BAB V : PENUTUP
Kesimpulan dan Saran
6
BAB II
LANDASAN TEORI
II.1. Landasan Teori Relevan
Di zaman yang kian dinamis ini, produktivitas dan efektivitas menjadi
kewajiban. Dengan akan terus menaiknya harga energi, membuat sangat penting
untuk mengevaluasi kinerja motor. Terutama motor listrik yang menggunakan
banyak energi.
Namun, sangat merugi apabila motor induksi yang beroperasi dihentikan,
lalu dilepas hanya untuk mengukur efesiensinya,hal ini jarang dilakukan karena
dapat sangat mengganggu proses operasi dan produksi perusahaan.
Skripsi ini membahas bagaimana menganalisa efisiensi motor listrik yang
sedang bergerak. Salah satu landasan teori yang relevan adalah penelitian yang
pernah dilakukan oleh Rizal Angga Razali dari Fakultas Teknik Elektro,
Universitas Indonesia (UI), Jakarta pada tahun 2011, dengan judul “Metode
Perhitungan Efesiensi Motor Induksi Yang Sedang Beroperasi”.
Rizal menggunakan metode “Torsi Induksi” untuk mengukur efisiensi
motor induksi yang sedang bekerja. Beberapa hasil pengujian menunjukkan
metode ini mempunyai tingkat akurasi mencapai 95%.
Adapun penelitian lain yang bisa menjadi landasan teori relevan adalah
karya Fransisco Simanihuruk dan Syamsul Amin dari Konsentrasi Teknik Energi
Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
7
(USU) pada tahun 2014, dengan judul “Penentuan Besar Daya Motor Induksi 3
Fasa Untuk Penggerak Conveyordan Pompa Pada PLTBS Sei Mangkei”
Dalam penelitian mereka, dilakukan pengumpulan data melaluipengukuran
pada PLTBS Sei Mangkei. Data-data yang dikumpulkan dianalisa menggunakan
analisis matematis sederhana dengan melakukan perhitungan berdasarkan rumus
yang berlaku dalam mencari besar daya dan nilai efisiensi motor induksi 3 fasa
yang digunakan untuk menggerakkan conveyor dan pompa air.
II.2. Motor Induksi
Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak-balik (AC), adapun
bentuk dari motor ini dapat dilihat pada Gambar 2.1. Dinamakan motor induksi,
karena motor ini bekerja berdasarkan induksi elektromagnet.Motor induksi
memiliki sebuah sumber energilistrik yaitu disisi stator, sedangkan sistem
kelistrikan di sisi rotornya diinduksikan melalui celah udara dari stator dengan
media elektromagnet. Hal inilah yang menyebabkannya diberi nama motor
induksi.
Adapun penggunaan motor induksi di industri ini adalah sebagai penggerak,
seperti untuk brendaher, kompresor, pompa, penggerak utama proses produksi
atau mill, peralatan workshop seperti mesin-mesin bor, grinda, crane, dan
sebagainya.
Motor induksi berputar pada kecepatan yang pada dasarnya adalah konstan,
mulai dari tidak berbeban sampai mencapai keadaan beban penuh. Kecepatan
putaran motor ini dipengaruhi oleh frekuensi, dengan demikian pengaturan
kecepatan tidak dapat dengan mudah dilakukan terhadap motor ini.
8
Motor induksi tiga fasa memiliki beberapa keuntungan, yaitu sederhana,
konstruksinya kokoh, harganya relatif murah, mudah dalam melakukan
perawatan, dan dapat diproduksi dengan karakteristik yang sesuai dengan
kebutuhan industri.
II.2.1. Konstruksi Motor Induksi
Pada prinsipnya semua motor induksi sama, baik 1 HP maupun 100 HP,baik
1 fasa ataupun 3 fasa. Ada komponen-komponen utamayaitu :
1. Rotor merupakan bagian mesin yang berputar,
2. Stator merupakan bagian yang diam (statis).
Baik stator maupun rotor dibentuk dari :
1. Rangkaian listrik, biasanya dibuat dari tembaga maupun alumunium yang
diisolasi untuk mengalirkan arus.
2. Rangkaian magnet, biasanya dibuat dari baja yang dilaminasi untuk
mengalirkan luks magnet.
Gambar. 2.1. Motor Induksi
9
Motor induksi disebut juga sebagai transformator berputar karena stator
pada dasarnya adalah sisi primer dan rotor adalah bagian sekunder. Rotor dan
stator dipisahkan melalui celah udara yang membuat rotor dapat berputar. Stator
dan rotor disusun dari lempengan bahan yang dilaminasi menjadi bentuk Stator
dan rotor. Gambar 2.2 di bawah ini menggambarkan bagian-bagian motor induksi
secara umum
Adapun konstruksi motor induksi induksi secara umum yang perlu diketahui
terdiri dari dua bagian, yaitu :
1. Stator
Stator terdiri dari lilitan atau kumparan yang memberikan efek
magnet kepada rotor, sehingga rotor dapat berputar.Stator merupakan
bagian dari mesin yang tidak berputar dan terletak pada bagian luar
mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan elektromagnetik
kepada kumparan rotor. Dibuat dari besi bundar berlaminasi dan
mempunyai alur-alur sebagai tempat meletakkan kumparan. Stator dari
Gambar. 2.2. Konstruksi Motor Induksi
10
mesin sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik, berbentuk laminasi untuk
mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang bagus
berarti permebilitas dan resistivitas dari bahan tinggi. Adapun bentuk rotor
seperti gambar 2.3 di bawah ini.
Berikut ini, pada gambar 2.4merupakan contoh lempengan laminasi
inti, lempengan inti yang telah disatukan, belitan stator yang telah
dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga fasa.
Gambar.2.3. Stator
(a) Lempengan Inti (b) Tumpukan Inti dan
Kumparan dalam
Cangkan Stator
(b) Tumpukan inti dengankertas
Isolasi pada beberapa alurnya
Gambar.2.4. Komponen Stator Motor Induksi Tiga Fasa
11
Rangka stator motor induksi didisain dengan baik dengan empat
tujuan yaitu:
1. Menutupi inti dan kumparannya.
2. Melindungi bagian-bagian mesin yang bergerak dari kontak langsung
dengan manusiadan dari goresan yang disebabkan oleh gangguan
objek atau gangguan udara terbuka(cuaca luar).
3. Menyalurkan torsi ke bagian peralatan pendukung mesin dan oleh
karena itu statordidisain untuk tahan terhadap gaya putar dan
guncangan.
4. Berguna sebagai sarana rumah ventilasi udara sehingga pendinginan
lebih efektif.
2. Rotor
Rotor adalah bagian motor yang berputar akibat induksi magnet dari
kumparan stator yang diinduksikan kepada kumparan motor. Adapun
bentuk stator seperti gambar 2.5. di bawah ini.
Gambar.2.5. Rotor
12
Rotor dapat berputar dengan dua sumber energi:
1. Energi Mekanik
Dengan tangan anda.
Dengan putaran dari alat yang terhubung dengan rotor tersebut.
2. Energi Listrik
Motor diberikan arus listrik.
Kontruksi rotormotor induksi pada dasarnya terdiri dari bahagian-
bahagian sebagai berikut :
Rotor sangkar adalah bagian dari mesin yang berputar bebas dan
letaknya bagian dalam.Terbuat dari besi laminasi yang mempunyai
slot dengan batang alumunium / tembagayang dihubungkan singkat
pada ujungnya.
Rotor kumparan (wound rotor), kumparan dihubungkan bintang
dibagian dalam dan ujung yang lain dihubungkan dengan slipring ke
tahanan luar. Kumparan dapat dikembangkan menjadi pengaturan
kecepatan putaran motor. Pada kerjanormal slipring hubung singkat
secara otomatis, sehingga rotor bekerja seperti rotor sangkar.
Untuk medan rotor yang digunakan, tergantung pada kecepatan mesin,
mesin dengan kecepatantinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk
silinder, seperti pada gambar 2.6, sedangkan mesin dengankecepatan rendah
seperti Hydroelectric atau Generator Listrik Diesel mempunyai rotor
kutubmenonjol, seperti pada gambar 2.7.
13
Konstruksi motor induksi tidak ada bagian rotor yang bersentuhan
dengan bagian stator, karena dalam motor induksi tidak ada komutator dan
sikat arang.
Gambar.2.6. Bentuk Rotor Kutub Silinder
Gambar.2.7. Bentuk Rotor Kutub Menonjol
14
II.2.2. Prinsip Kerja
Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan
stator kepada kumparan rotornya. Bila kumparan stator motor induksi 3 fasa yang
dihubungkan dengan suatu sumber tegangan 3fasa, maka kumparan stator akan
menghasilkan medan magnet yang berputar. Garis-garis gaya fluks yang
diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga
timbul Gaya Gerak Listrik (GGL) atau tegangan induksi,karena penghantar
(kumparan) rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus
pada kumparan rotor.
Penghantar rotor yang dialiri arus ini berada dalam garis gaya fluks
yangberasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami gaya
Lorentz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai
dengan arah pergerakan medan induksi stator.
Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor
pada rotor, sehingga terinduksi arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun
akan turut berputar mengikuti medan putar stator. Perbedaan putaran relatif antara
stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban, akan memperbesar kopel motor
yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga
slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi.
Bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun.
Listrik yang masuk ke dalam lilitan atau kumparan motor akan
menghasilkan medan magnet di sekitarnya. Stator mempunyai medan magnet
permanen, sehingga membuat rotor tarik menarik sehingga terjadi perputaran.
15
Motor induksi adalah alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi
energi mekanik. Untuk lebih memperjelas prinsip kerja motor listrik dapat di
dilihat pada gambar 2.8. di bawah ini
Ketika tegangan fasa U masuk ke belitan stator menjadikan kutub S (South
= selatan), garis - garis gaya magnet mengalir melalui stator, sedangkan dua
kutub lainnya adalah N (North = utara) untuk fasa V dan fasa W. Kompas akan
saling tarik-menarik dengan kutub S.
Berikutnya kutub S pindah ke fasa V, kompas berputar 120°, dilanjutkan
kutub S pindah ke fasa W, sehingga pada belitan stator timbul medan magnet
putar. Buktinya kompas akan memutar lagi menjadi 240°. Kejadian berlangsung
silih berganti membentuk medan magnet putar sehingga kompas berputar dalam
satu putaranpenuh, proses ini berlangsung terus menerus.
Dalam motor induksi kompas digantikan oleh rotor sangkar yang akan
berputar pada porosnya. Karena ada perbedaan putaran antara medan putar stator
dengan putaran rotor, maka disebut motor induksi tidak serempak atau motor
asinkron.
Gambar.2.8. Prinsip Kerja Motor Induksi
16
Kecepatan dan Slip Motor Induksi 3 Fasa tampak stator dengan dua kutub,
dapatditerangkan dengan empat kondisi.Seperti gambar 2.10 di bawah ini.
1. Saat sudut 00, arus I1 bernilai positif sedangkan arus I2 dan arus I3
bernilai negatif, dalam hal ini belitan V2, U1 dan W2 bertanda silang
(arus masuk), dan belitan V1, U2 dan W1 bertanda titik (arus keluar).
Terbentuk fluks magnet pada garis horizontal sudut 00kutub S (South =
selatan) dan kutub N (North = utara).
2. Saat sudut 1200, arus I2 bernilai positif, sedangkan arus I1 dan arus I3
bernilai negatif, dalam hal ini belitan W2, V1, dan U2 bertanda silang
(arus masuk), dan belitan W1, V2, dan U1 bertanda titik (arus keluar).
Garis fluks magnet kutub S dan N bergeser 1200dari posisi awal.
3. Saat sudut 2400, arus I3 bernilai positif, sedangkan arus I1 dan arus I2
bernilai negatif, dalam hal ini belitan U2, W1 dan V2 bertanda silang (arus
Gambar.2.9. Bentuk Gelombang Sinusoida dan Timbulnya Medan Putar Pada
Stator Motor Induksi
17
masuk), dan belitan U1, W2 dan V1bertanda titik (arus keluar). Garis
fluks magnet kutub S dan N bergeser 200dari posisi kedua.
4. Saat sudut 360°. posisi ini sama dengan saat sudut 0°, dimana kutub S dan
N kembali keposisi awal sekali.
Dari keempat kondisi di atas saat sudut 0°, 120°, 240°, dan 360°, dapat
dijelaskan terbentuknya medan putar pada stator, medan magnet putar stator akan
memotong belitan rotor. Kecepatan medan putar stator ini sering disebut
kecepatan sinkron, tidak dapat diamati dengan alat ukur tetapi dapat dihitung
secara teoritis besarnya seperti rumus 2.2 di bawah ini
..........................................(2.2)
Di mana :
ns = kecepatan sinkron (stator)
f = frekuensi
p = jumlah kutub
Kemudian rotasi fluks medan magnet yang dihasilkan di stator ini akan
melewati celah udara diantara stator dan rotor akan menembus batang rotor
sehingga menginduksi tegangan pada batang rotor. Besarnya tegangan induksi
pada rotor adalah sebagaimana persamaan 2.3 berikut ini
18
Eind= (v x B) L..........................................(2.3)
Dimana :
Eind=Tegangan induksi (Volt)
v = Kecepatan rotor terhadap kecepatan medan magnet stator (m/s)
B = Kerapatan flu magnet (Tesla)
L = Panjang konduktor dalam medan magnet (m)
Dengan adanya tegangan ini ditambah konduktor yang merupakan
rangkaian tertutup maka arus akan dihasilkan dalam batang rotor dan cincin
penghubung. Dengan timbulnya arus pada rotor, akan diinduksikan medan pada
rotor yang arahnya berlawanan dengan medan magnet stator. Sesuai dengan
hukum Lenz, arah gaya cenderung untuk mengurangi perubahan fluks itu sendiri,
yang berarti bahwa rotor akan beraselerasi mengikuti perubahan arah rotasi fluks.
Medan magnet stator akan berinteraksi dengan medan magnet rotor untuk
menghasilkan gaya rotasi. Gaya rotasi ini berasal dari torsi induksi pada rotor
sebesar dapat dihitung pada persamaan 2.4 :
Tind= k.BR x Bs..........................................(2.4)
Dimana :
Tind = Torsi Induksi (Nm)
k = Konstanta torsi
BR =Kerapatan fluks magnet rotor (Tesla)
Bs = Kerapatan fluks magnet stator (Tesla)
19
Torsi induksi inilah yang akan menyebabkan rotor beraselerasi dan berputar
mencapai nilai kecepatan ratingnya. Namun ada batas kecepatan motor
yangtidakboleh dilewati. Jika kecepatan motor sama dengan kecepatan
sinkronnya, makabatang rotor akan dianggap diam terhadap medan magnet stator
akibatnya tidak akan timbul tegangan induksi. Jika Eindsama dengan nol, maka
tidak akan timbul arus pada rotor, dan rotor tidak akan menghasilkan medan
magnet. Dengan tidak adanya medan magnet pada rotor ini, maka torsi induksi
yang dihasilkan juga akan nol, dan rotor akan berhenti berputar karena adanya
gesekan. Motor induksi hanya dapat mencapai kecepatan sedikit dibawah
kecepatan sinkronnya, namun tidak pernah sama dengan kecepatan sinkronnya.
II.2.3. Rugi-Rugi Motor Induksi
Motor induksi memiliki rugi-rugi yang terjadi karena dalam motor induksi
terdapat komponen tahanan tembaga dari belitan stator dan komponen induktor
belitan stator. Pada motor induksi terdapat rugi-rugi tembaga, rugi inti, dan rugi
karena gesekan serta hambatan angin. Seperti gambar 2.10 di bawah ini :
Gambar.2.10. Rugi - rugi Daya Motor Induksi
20
Besarnya rugi tembaga sebanding dengan kuadrat arus dan hambatannya,
semakin makin besar arus beban maka rugi tembaga makin besar juga,atau jika
dituliskan dalam persamaan adalah sebagai berikut:
Daya input motor sebesar P1, daya yang diubah menjadi daya output sebesar P2.
Maka besarnya rugi-rugi motor adalah P1-P2.
Berdasarkan rangkaian ekivalen dari motor induksi, rugi-rugi terdiri dari 2
sifat yaitu :
1. Rugi-rugi yang bergantung nilainya terhadap beban. Rugi-rugi ini
sebagian besar merupakan rugi-rugi tembaga yang diakibatkan oleh arus
beban yang mengalir melalui kumparan stator dan rotor. Rugi-rugi ini
sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir.
2. Rugi-rugi konstan. Rugi-rugi ini sebagian besar merupakan rugi-rugi
karena gesekan, udara dan rugi-rugi besi. Rugi-rugi ini tidak bergantung
dengan berapa besar beban yang ditarik.
Karena rugi-rugi konstan tidak bergantung terhadap beban, sedangkan
rugi-rugi stator dan rotor bergantung dengan kuadrat arus beban, maka efisiensi
motor induksi akan turun secara signifikan saat level beban rendah seperti gambar
2.11berikut ini :
Gambar 2.11.Grafik Efisiensi motor terhadap beban
21
II.2.4.Efesiensi motor induksi
Efisiensi motor induksi adalah ukuran keefektifan motor induksi untuk
mengubah energi listrik menjadi energi mekanik atau energi lain yang dinyatakan
sebagai perbandingan keluaran daya motor yang digunakan terhadap keluaran
daya totalnya.Efisiensi berhubungan langsung dengan rugi-rugi motor induksi
terlepas dari desain mesinitu sendiri. Kehilangan dapat bervariasi dari kurang
lebih dua persen hingga 20 persen. Seperti yang terlihat dari gambar 2.12 di
bawah ini
Dari gambar 2.11 di atas efisiensi didefinisikan sebagai perbandingan antara
daya keluaran dengan daya masukannya. Daya keluaran sama dengan daya
masukan dikurangi dengan semua rugi-rugi yang ada. Oleh karena itu, jika dua
dari tiga variabel (keluaran, masukan, atau rugi-rugi) telah didapatkan nilainya,
nilai efisiensi dapat ditentukan dengan persamaan 2.5berikut :
..........................................( 2.5)
Dimana :
η = Efesiensi (%)
Gambar.2.12.Blok Diagram Daya dan Rugi Motor Induksi
22
Pout = Daya Keluaran (Watt)
Pin = Daya Masukan (Watt)
Ploses = Total rugi – rugi (Watt)
Terdapat hubungan yang jelas antara efisiensi motor dan beban. Pabrik
motor membuat rancangan motor untuk beroperasi pada beban 50-100% dan akan
paling efisien pada beban 75%.
Pada beban-beban dengan nilai yang kecil, rugi-rugi tetap lebih besar
dibandingkan dengan keluaran, untuk itu efisiensi yang dihasilkan rendah.
Sebagaimana beban bertambah, efisiensi juga bertambah dan menjadi maksimum
ketika rugi inti dan rugi variabel adalah sama.
Efisiensi maksimum terjadi sekitar 80 – 95% dari ratingoutput mesin,
dimana nilai yang lebih tinggi terdapat pada motor-motor yang besar. Jika beban
yang diberikan melebihi beban yang menghasilkan efisiensi maksimum, maka
rugi-rugi beban bertambah lebih cepat daripada output, konsekuensinya efisiensi
berkurang.
Pada motor induksi pengukuran efisiensi motor induksi ini sering dilakukan
dengan beberapa cara seperti:
1. Mengukur langsung daya listrik masukan dan daya mekanik keluaran
2. Mengukur langsung seluruh rugi-rugi dan daya masukan.
3. Mengukur setiap komponen rugi-rugi dan daya masukan, dimana
pengukuran daya masukan tetap dibutuhkan pada ketiga cara di atas.
23
Adapun perhitungan sederhana dalam mengukur suatu daya motor terhadap
pompa adalah dengan menghitung daya dari poros pompa tersebut dahulu seperti
persamaan 2.6berikut:
Daya poros pompa :
(P)p = Daya hidrolis / ƞ….........................................( 2.6)
Dimana :
ƞ adalah efisiensi pompa.
(P)p = ( ρ xQ x H)/368xƞ ......(kW).
Sebagai ilustrasi dapat dilihat pada gambar 2.13 di bawah ini
Gambar.2.13.Motor penggerak pompa
24
II.2.5. Faktor-Faktor Efisiensi Motor Induksi
Motor mengubah energi listrik menjadi energi mekanik untuk melayani
beban tertentu. Tentunya besar energi mekanik ini pasti lebih rendah dari energi
listrik. Besar efisiensi motor ditentukan oleh kehilangan dasar yang dapat
dikurangi hanya oleh perubahan pada rancangan motor dan kondisi operasi.
Kehilangan dapat bervariasi dari kurang lebih dua persen hingga dua puluh
persen. Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah:
Usia. Motor baru lebih efisien.
Kapastas. Sebagaimana pada hampir kebanyakan peralatan, efisiensi
motor meningkat dengan laju kapasitasnya.
Kecepatan. Motor dengan kecepatan yang lebih tinggi biasanya lebih
efisien.
Jenis. Sebagai contoh, motor kandang tupai biasanya lebih efisien daripada
motor cincin geser.
Suhu. Motor yang didinginkan oleh fan dan tertutup total (TEFC) lebih
efisien daripada motor screen protected drip-proof (SPDP).
Beban
Adapun opsi efisiensi energi yang sangat penting untuk motor listrik antara
lain adalah :
Mempertahankan tingkat pasokan tegangan dengan penyimpangan
maksimum 5% dari nilai yang tertera dalam nameplate.
Mempertahankan faktor daya tinggi dengan memasang kapasitor sedekat
mungkin ke motor
25
Menjamin bahwa motor dibebani lebih dari 60%
Menggunakan penggerak variabel kecepatan (VSD) atau sistim dua
kecepatan
Mengganti motor yang ukurannya berlebih, dengan motor yang lebih kecil
dan efisien energinya.
Penggulungan ulang motor yang terbakar oleh akhlinya.
Mengoptimalkan efisensi transmisi dengan pemasangan dan perawatan
poros, belt, rantai, serta gir yang benar.
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) juga mempunyai
standar metode tersendiri dalam menghitung efisiensi seperti yang terlihat
pada tabel 2.1. Tiap standar ini pengukurannya berbeda-beda karena metode
yang digunakan dalam perhitungan juga berbeda - beda.
Tabel 2.1.Metode Pengukuran Efisiensi Motor Induksi IEEE
No. Metode Keterangan
1 A Pengukuran langsung pada masukan dan keluaran
2 B Pengukuran langsung pada masukan dan keluaran dengan
menghitung tiap rugi-rugi dan pengukuran tak langsung pada
rugi-rugi stray
3 C Menduplikat mesin dengan tiap rugi-rugi dan pengukuran tak
langsung pada rugi-rugi stray
4 E Pengukuran daya listrik saat ada beban dengan tiap rugi-rugi
yang ada dan pengukuran langsung rugi-rugi stray
5 E1 Pengukuran daya listrik saat ada beban dengan tiap rugi-rugi
yang ada dan pengukuran langsung rugi-rugi stray
6 F Rangkaian ekivalen dengan pengukuran langsung pada rugi-rugi
stray
26
7 F1 Rangkaian ekivalen dengan asumsi rugi-rugi stray
8 C/F Rangkaian ekivalen yang dikalibrasikan per titik beban
metode C dengan pengukuran tak langsung rugi-rugi stray
9 E/F Rangkaian ekivalen yang dikalibrasikan per titik beban
Metode E dengan pengukuran langsung rugi-rugi stray
10 EI/F1 Rangkaian ekivalen yang dikalibrasikan per titik beban Metode E
dengan asumsi nilai rugi-rugi stray
Sulit untuk mengkaji efisiensi motor pada kondisi operasi yang normal,
beban motor dapat diukur sebagai indikator efisiensi motor. Dengan
meningkatnya beban, faktor daya dan efisinsi motor bertambah sampai nilai
optimumnya pada sekitar beban penuh.
II.3 Pompa Sentrifugal
Pompa adalah jenis mesin yang berfungsi untuk memindahkan fluida
melalui pipa dari suatu tempat ke tempat lain. Pompa sentrifugal yterhubung
dengan motor listrik seperti pada gambar 2.14. Spesifikasi pompa menyatakan
dengan jumlah fluida yang dapat dialirkan persatu-satuan waktu. Dalam
fungsinya tersebut, pompa mengubah energi gerak poros untuk menggerakkan
sudu-sudu menjadi energi gerak kemudian menghasilkan fluida bertekanan.
27
Pada umumnya pompa digunakan untuk menaikan fluida ke sebuah
reservoir, irigasi, pengisi ketel, dan sebagainya. Sedangkan dalam pelaksanaan
operasinya dapat bekerja secara tunggal, seri, dan peralel yangsemuannya tergantung
pada kebutuhan serta peralatan yang ada.
Ada beberapa macam jenis pompa, salah satu yang sering digunakan pada
industri adalah pompa sentrifugal. Pompa ini terdiri dari satu atau lebih impeller yang
dilengkapi dengan sudu-sudu pada poros yang berputar dan diselubungi chasing.
Fluida diisap pompa melalui sisi isap, akibat berputarnya impeller yang
menghasilkan tekanan vakum. Pada sisi isap selanjutnya fluida yang telah terisap
kemudian terlempar ke luar impeller akibat gaya sentrifugal yang dimiliki oleh
fluida.
Gambar.2.14. Pompa Sentrifugal (Juwana, 2005)
28
II.3.1 Bagian-Bagian PompaSentrifugal
Bagian-bagian pompa sentrifugal adalah sebagai berikut:
1. Casing (rumah keong)
Fungsinya untuk merubah atau mengkonversikan energi cairan
menjadi energi tekanan statis.
2. Impeller
Fungsinya untuk merubah energi kinetik atau memberikan energy
kinetik pada zat cair, kemudian di dalam casing diubah menjadi energi
tekanan.
3. Pons Pompa
Fungsinya untuk meneruskan energi mekanik dari mesin penggerak
(prime over) kepada impeller.
4. Inlet
Fungsinya untuk saluran masuk cairan ke dalam impeller.
5. Outlet
Fungsinya untuk saluran saluran keluar dari impeller.
6. Nozzle
Fungsinya untuk merubah energi kinetik menjadi energi tekanan.
7. Sudu
Bagian impeller yang berfungsi untuk menggerakkan fluida sehingga
menghasilkan gaya sentrifugal pada fluida
29
Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar 2.14 di bawah ini :
II.3.2 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal
Pada prinsipnya, pompa mengubah energi mekanik motor menjadi energi
aliran fluida. Energi yang diterima olehfluida akan digunakan untuk menaikkan
tekanan dan mengatasi tahanan - tahanan yang terdapat pada saluran yang dilalui.
Pompa juga dapat digunakan pada proses - proses yang membutuhkan
tekanan hidraulik yang besar. Hal ini bisa dijumpai antara lain pada peralatan -
peralatan berat. Dalam operasi, mesin - mesin peralatan berat membutuhkan
tekanandischarge yang besar dan tekananhisap yang rendah.
Akibat tekanan yang rendah pada sisi hisap pompa maka fluida akan
naikdari kedalaman tertentu, sedangkan akibat tekanan yang tinggi pada sisi
discharge akan memaksa fluida untuk naik sampai pada ketinggian yang
diinginkan. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.15.
Gambar.2.15. Bagian-bagian Pompa Sentrifugal
30
Pompadigerakkan oleh motor. Daya dari motor diberikan pada poros pompa
untuk memutar impeler yang dipasangkan pada poros tersebut. Karena pompa
digerakkan oleh motor listrik (motor penggerak), jadi daya guna kerja pompa
adalah perbandingan antara gaya mekanis yang diberikan motor kepada pompa.
Untuk mencari daya guna kerja pompa ada beberapa tahap menggunakan
rumus2.8 di bawah ini :
P = √3 x V x I x cos ø………………......................................( 2.8)
Dimana:
P = Daya yang diberikan motor pada pompa
V = Tegangan
I = Arus
Gambar.2.16. Pompa Sentrifugal
31
Akibatdariputaran impeller yangmenimbulkan gaya sentrifugal, maka zat
cairakan mengalirdaritengah impeler keluar lewat salurandi antarasudu - sudu dan
meninggalkan impeler dengan kecepatan yang tinggi.
Zat cair yang keluar dari impeler dengan kecepatan tinggi kemudian melalui
saluran yang penampangnya semakin membesar yang disebut Volute, sehingga
akan terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Jadi zat cair
yang keluar dari flenskeluar pompa head totalnya bertambah besar. Sedangkan
proses pengisapan terjadi karena setelah zat cair dilemparkan oleh impeller,ruang
diantara sudu-sudu menjadi vakum, sehingga zat cair akan terisap masuk.
Selisih energi persatuan berat atau head total dari zat cair pada flens
keluar dan flens masuk disebut sebagai head total pompa. Sehingga dapat
dikatakan bahwa pompa sentrifugal berfungsi mengubah energi mekanik motor
menjadi energi aliran fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan
head kecepatan, head tekanan dan head potensial secara kontinu. Adapun bentuk
dari motor dan pompa sentrifugal dapat dilihat pada Gambar 2.17.
Gambar.2.17.Motor Pompa Sentrifugal
32
II.3.3.Pengertian Fluida, Debit, dan Head
Sedikit pengertian dari fluida, debit dan head berikut ini :
Fluida adalah suatu zat atau substansi yang akan mengalami deformasi
secara berkesinambungan jika terkena gaya sekecil apapun.
Debit atau yang sering disebut dengan kapasitas aliran adalah jumlah
volume fluida yang dapat dialirkan pompa tiap satuan waktu. Rumus
debit sendiri adalah persamaan 2.9 di bawah ini :
.......................................... ( 2.9)
Dimana :
Q = debit aliran (m3/s)
V = volume aliran (m3)
t = waktu (s)
Heat adalah energy yang diberikan pompa persatuan berat fluida yang
dipompakan. Satuan head adalah meter atau feet. Pegukuran head ini dapat
dilakukan dengan cara mengukur beda tekan antara pipa isap dan pipa
buang pada pompa dengan catatan diameter saluran isap dan saluran buang
adalah sama.
II.3.4.Estimasi Efesiensi Pompa
Pompa tidak dapat mengubah seluruh energi kinetik menjadi energi tekanan
karena ada sebagian energi kinetik yang hilang dalam bentuk losses atau kerugian.
33
Efisiensi pompa adalah suatu faktor yang dipergunakan untuk menghitung losses
ini. Efisiensi pompa terdiri dari :
1. Efisiensi hidrolis, memperhitungkan losses akibat gesekan antara cairan
dengan impeler dan losis akibat perubahan arah yangtiba‐tiba pada impeler.
2. Efisiensi volumetris, memperhitungkan losses akibat resirkulasi pada ring,
bushing, dan lain - lain.
3. Efisiensi mekanis, memperhitungkan losess akibat gesekan pada seal,
packing gland, bantalan, dan lain - lain.
Setiap pompa dirancang pada kapasitas dan headtertentu, meskipun dapat juga
dioperasikan pada kapasitas dan headyang lain. Efisiensi pompa akan mencapai
maksimum pada designed point tersebut, yang dinamakan dengan titik BEP.Untuk
kapasitas yang lebih kecil atau lebih besar efisiensinya akan lebih rendah.
Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya hidrolis pompa dengan daya
poros pompa.Sebgaimana dapat di hitung melalui persamaan 2.10 berikut ini :
..........................................( 2.10)
Dimana :
PH= daya hidrolis
PS= daya shaft/poros pompa
Daya hidrolis adalah daya yang diperlukan oleh pompa untuk mengangkat
sejumlah zat cair pada ketinggian tertentu. Daya hidrolis dapat dicari dengan
34
persamaan 2.13 berikut :
..........................................(2.11)
Di mana :
WHP= Pout = Daya Keluar (KW)
Q = Debit air , kapasitas (m3/hari)
H = Head/tinggi kenaikan (m)
= Massa Jenis Fluida (Kg/m3)
= Percepatan Gravitasi = 9,8 (m/s2)
Efisiensi hidrolik individual pompa diestimasi berdasarkan data operasi
aktual Head (H) dan laju alir (Q).Dengan menggunakan model efisiensi hidrolik,
efisiensi pompa centifugal dapat diestimasi sebagai persamaan 2.8 berikut :
Eff (%) = 65.08 x H - 0.124476
x Q 0.094734
..........................................(2.12)
Model efisiensi ini berlaku untuk :
H = (15-100) m kolom air,
Q = 20-300m3/jam,
Standard error = 1.038 %
35
Untuk setiap pompa, biasanya pabrik pembuatnya memberikan kurva
karakteristik yang menunjukkan unjuk kerja pompa pada berbagai kondisi
pemakaian.
Jika head atau kapasitas yang diperlukan tidak dapat dicapai dengan satu
pompa saja, maka dapat digunakan dua pompa atau lebih yang disusun secara seri
atau paralel. Bila head yang diperlukan besar dan tidak dapat dilayani oleh satu
pompa, maka dapat digunakan lebih dari satu pompa yang disusun secara seri.
Penyusunan pompa secara seri dapat dilihat pada gambar 2.18sebagai berikut:
Gambar 2.18. Pompa susunan seri
Susunan paralel dapat digunakan bila diperlukan kapasitas yang besar yang
tidak dapat dipenuhi oleh satu pompa saja, atau bila diperlukan pompa cadangan
yang akan dipergunakan bila pompa utama rusak/diperbaiki.Penyusunan pompa
secara paralel dapat dilihat pada gambar 2.19berikut :
36
Gambar 2.19. Pompa susunan paralel
Operasi parallel dimana masing-masing suctionpompa dihubungkan dengan
header utama, dan discharge ke header gabungan dan bekerjasama untuk
menghasilkan flow pada headtetap.
Dalam operasi paralel umumnya sejumlah pompa digabungkan untuk
menangani fluktuasi flowyang besar dari sistem. Susunan ini banyak digunakan
pada water treatmentdimana air minum yang disuplai dari plan treatmentke
subdivisi akan terjadi fluktuasi besar sepanjang waktu. Pemakaian beberapa
pompa dalam satu sistem memungkinkan pompa dihidupkan dan dimatikan sesuai
kebutuhan untuk memenuhi variasi permintaan.
Kurva head dan kapasitas pompa disediakan oleh produsen. Perlu diingat
bahwa BEP (Best Efficiency Point)berada di antara 80% dan 85% dari maksimum
head. Untuk memaksimalkan usia pompa perlu mengoperasikan pompa sedekat
mungkin dengan BEP.
Pada masing-masing diagram menggunakan terminologi yang sama:
H = Head(feet atau meter)
Q = Kapasitas (m3/hari)
S = Kurva sistem yang disediakan oleh konsumen
37
Pompa akan selalu bekerja pada kurva kecuali clearance(jarak) dalam
pompa sudah terlalu lebar. Apabila kapasitas pompa sentrifugal bertambah maka
headakan berkurang dan sebaliknya apabila kapasitas berkurang maka
headakanbertambah. Bila pompa bekerja di luar range pompa maka akan terjadi
kavitasi karena kelebihan flow.
II.4 Booster Pump
Disebut booster pump, karena berfungsi sebagai pompa pendorong atau
meningkatkan tekanan. Berbagai merk pompa dapat dirakit menjadi booster
pump. Pada umumnya jumlah pompa yang digunakan dua atau lebih. Satu
rangkaian Booster Pump seperti yang terlihat pada Gambar 2.20
Pompa didalam sistem booster pump beroperasi secara otomatis, dengan
sensor utama adalah sensor tekanan dan pompa dapat beroperasi secara paralel
dan alternate. paralel adalah apabila kebutuhan air tidak begitu besar maka satu
pompa yang beroperasi, tapi apabila pemakaian air lebih besar maka kedua pompa
secara paralel dapat beroperasi. Alternate adalah antara pompa A dan pompa B
dapat beroperasi secara bergantian, sehingga jam operasi antara kedua pompa
berimbang.
38
Adapun bagian - bagian dari rangkaian booster pump dapat dilihat pada
gambar 2.21 berikut :
Gambar.2.20.Booster Pump
Gambar.2.21.Bagian – Bagian Booster Pump
39
BAB III
METODE PENELITIAN
III.1.Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan Juni 2015 di Reservoir Booster Pump
Menara Air, Kantor pusat PDAM Tirtanadi, Jalan Sisingamangaraja No.1 Medan,
Sumatera Utara. Reservoir ini berfungsi sebagai wadah untuk mendistribusikan air
bersihke daerah Kecamatan Medan Kota dan sekitarnya.
III.2. Teknik Pengumpulan Data
Dalam penelitian ini dilakukan dengan cara mengumpulkan data yang
diperlukan, yaituantara lain sebagai berikut:
1. Data laporan kegiatan operasional Booster Pump Menara air Tirtanadi.
2. Nameplateataupun data teknis dari PDAM Tirtanadi untuk alat-alat
yang digunakan dalam penelitian, yaitu motor listrik, pompa, dan
lainnya.
3. Interview/wawancara,yaitumetodepengumpulaninformasidengancarame
ngajukanpertanyaansecaralangsungpadapegawai perusahaan yang
berwenangatauberkaitanlangsungdenganobjekstudi.
4. Studiliteratur, jurnal, makalah, danlaporanpenelitianterdahulu.
40
III.3.Diagram AlirMetodologiPengumpulan Data
Berdasarkan alur penelitian dari penyusunan laporan tugas akhir ini dapat
dijelaskan seperti diagram 3.1 di bawah ini:
Keterangan :
Kesimpulan dan Saran
Mulai
Studi Literatur
Pengumpulan Data
Perhitungan Efesiensi
Motor untuk Pompa
Daya Masuk Motor= 3 x V x I x cos
Efesiensi Pompa = 65.08 x H- 0.124476
x Q 0.094734
%
Daya hidrolis Pompa = 𝑄 x 𝐻 x𝜌 x 𝑔
1000
Daya poros pompa = PH / Efesiensi pompa
Efesiensi motor (η) = P out / P in X 100%
Hasil
Selesai
Analisa
= Arah Aliran Diagram
= Awal / Akhir
= Input / Output, Paramater
= Proses Perhitungan
Gambar. 3.1. Diagram Alir Metologi Pengumpulan Data
41
III.4.Data
Adapun data sumber pemasok tenaga listrik dalam menggerakkan elektro
motor yang terpasang (existing) pada pompa Booster Pump lokasi Unit kerja :
Menara Air Tirtanadi, Jl. Sisingamangaraja No. 1 Medan adalah
Dayalistrik PLN 865 KVA, Tarif I - 3
Dayalistrik GENSET 800 KVA
Efisiensikeempatpompadaripabrikpembuatmasing-masingyaitu 75%.
(sumber: PDAM Tirtanadi)
III.4.1. Elektromotor Distribusi
Elektromotor distribusi pada Booster Pump Menara Air Tirtanadi
Medan Sumatera Utara ada 6 unit, salah satunya seperti yang telihat pada
gambar 3.2 di bawah ini :
Gambar. 3.2. Motor Induksi terhubung dengan pompa sentrifugal
42
Adapun tabel data spesifikasi dari elektromotor pada gambar 3.1 di
atas dapat di lihat pada tabel. 3.1 :
NO.
ELEKTRO
MOTOR
E.01.1 E.01.2 E.01.3 E.01.4 E.01.5 E.01.6
MERK MEZ MEZ MEZ
FRENSTAT AEG GAE KIRLOSKAR
SISTEM START AUTO TRAFO AUTO TRAFO AUTO TRAFO START
DELTA
START
DELTA
START
DELTA
POWER(KW) 90 90 90 55 75 55
FREKUENSI (Hz) 50 50 50 50 50 50
TEGANGAN (V) 380 380 380 380 380 380
ARUS (A) 165.6 165.6 165.6 102.9 138 102.9
RPM 1480 1480 1480 1480 1480 1480
TYPE IEC-EN-60034 4AA90-Z-280M 4AA90-Z-280M M250MV4 VDE 0530 IP 54 CD 25M
NO. BEARING 6317C3/6317C3 6317C3/6317C3 6317C3/6317C3 - 6314/6314 NU315/6313
BERAT (KG) 580 580 580 380 520 -
TAHUN
RAKIT 2006 2006 2006 1969 1969 1969
OPERASI 2008 2008 2008 1969 1969 1969
III.4.2. Pompa
Pompa pada Booster Pump Menara Air Tirtanadi Medan Sumatera
Utara ada 6 unit, salah satunya seperti yang telihat pada gambar 3.3 di
bawah ini :
Tabel. 3.1. Spesifikasi Elektromotor Booster Pump Menara Air PDAM Tirtanadi
43
Adapun tabel data spesifikasi dari pompa pada gambar 3.3 di atas
dapat di lihat pada tabel. 3.2 :
NO.
POMPA P.01.1 P.01.2 P.01.3 P.01.4 P.01.5 P.01.6
MERK KSB KSB KSB KSB –
TORISHIMA
KSB -
TORISHIMA KIRLOSKAR
TYPE ETA 150 - 50 ETA 150 – 50 ETA 150 - 50 ETA 150 – 40 ETA 150 - 40 ETA 150 - 40
JENIS CENTRIFUGAL CENTRIFUGAL CENTRIFUGAL CENTRIFUGAL CENTRIFUGAL CENTRIFUGAL
HEAD 70 70 70 50 50 42
KAPASITAS
(liter/detik) 75 75 75 75 75 75
PELUMAS OLI OLI OLI OLI OLI OLI
OLI SEAL G. PACKING
10 mm
G. PACKING
10 mm
G. PACKING
10 mm
G. PACKING
10 mm
G. PACKING
10 mm
G. PACKING 10
mm
TYPE IEC-EN-60034 4AA90-Z-280M 4AA90-Z-280M M250MV4 VDE 0530 IP 54 CD 25M
NO.
BEARING 6411 6411 6411 6412 6412 6412
TAHUN
RAKIT 2006 2006 2006 1969 1969 1969
OPERASI 2008 2008 2008 1969 1969 1969
III.4.3.Genset
Gambar. 3.3.Pompa sentrifugal di bawah menara air
Tabel. 3.2. Spesifikasi Pompa Booster Pump Menara Air PDAM Tirtanadi
44
Genset pada Booster Pump Menara Air Tirtanadi Medan Sumatera
Utara ada 1 unit, dapat dilihat pada gambar 3.4 berikut ini :
Adapun tabel data spesifikasi dari Genset pada gambar 3.4 di atas
dapat di lihat pada tabel. 3.3 :
NO. GENSET G.01.1
ENGINE GENERATOR
MERK VOLVO PENTA MERK CRAMACO
MODEL TAD 164 GE MODEL G2R315MB/4
RPM 1500 JENIS
JENIS OLI - PHASE 3 PHASE
RAKIT 2006 POWER 500
OPERASI 2006 VOLT 380/400 V
AMPERE 361
III.4.4. Trafo
Tabel. 3.3. Spesifikasi Genset Booster Pump Menara Air PDAM Tirtanadi
Gambar. 3.4. Genset
45
Trafopada Booster Pump Menara Air Tirtanadi Medan Sumatera
Utara ada 1 unit, dengan data sebagai berikut:
NO. TRAFO T.01.1
MERK MORAWA E MINYAK PELUMAS
KODE B94 – 1078 JENIS MINERAL OIL
MODEL ONAN KODE UNIVOLT 52
PHASE 3 PHASE VOLUME 1012 LITER
KAP 630, 00 MODEL ESSO
VOLTAGE 20KV/380V RAKIT 1993
AMPERE 1155 / 577 OPERASI 1994
Tabel. 3.4. Spesifikasi Trafo Booster Pump Menara Air PDAM Tirtanadi
46
III.5.Instalasi Perpipaan BP Menara
Adapun wiring diagram dari instalasi pipa Booster Pump Menara Air
Tirtanadi adalah seperti pada gambar 3.5 di bawah ini :
Gambar. 3.5. Instalasi Booster Pump Menara Air PDAM Tirtanadi
47
III.6.Teknik Analisis Data
Data-data yang terkumpul, dianalisa menggunakan analisis
matematis sederhana dengan melakukan perhitungan berdasarkan rumus
yang berlaku dalam mencari besar daya motor induksi 3 fasa yang
digunakan untuk menggerakkan pompa air.
III.7. SurveiBeban Motor
Setidaknya ada 3 cara survei beban motor, yaitu :
1) Kriteriasampling motor
Faktorutilisasi (jam operasi)
Analisasample motor sebagairepresentasi motor lain padasatu proses
misalnya :cooling tower fandanlain-lain.
2) Pengukuran
Parameter bebanlistrik (volt, ampere, faktordaya, KW yang diserap)
Parameter mesin (kecepatan, beban, tekanan, temperatur)
3) AnalisaOutput
Beban motor berdasar KW danestimasikonsumsienergi
47
BAB IV
ANALISA DATA DAN HASIL
Menurut Dinas Kependudukan dan Catatan Sipil, pada tahun 2013
penduduk kota Medan ± 3 juta jiwa. Sejumlah 79% kebutuhan air bersihnya
dipenuhi melalui Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Tirtanadi Sumatera
Utara. Aktivitas perusahaan ini mulai dari mengumpulkan, mengolah, sampai
mendistribusikan air ke setiap pelanggan secara berkesinambungan.
Melalui dasar ini, PDAM Tirtanadi sangat membutuhkan pengoperasian
suatu motor dan pompa secara optimal dan efisien. Pendistribusian ini dilakukan
PDAM Tirtanadi secara pemompaan, baik langsung dari reservoir maupun
melalui reservoir distribusi/booster pump.
Untuk Reservoir Booster Pump Menara PDAM Tirtanadi melayani
kebutuhan air bersih di Kecamatan Medan Kota sekitarnya. Untuk itu disediakan
dua tempat wadah penampung air (reservoir), satu ada di persimpangan Gunung 4
jalan Sisingamangaraja dan satu lagi reservoir dalam bentuk menara Air di kantor
pusat PDAM Tirtanadi Jalan Sisingamangaraja No. 1 Medan.
IV.1 Pengoperasian Elektromotor Penggerak Pompa
Wiring diagram pada Booster pump Menara Air Tirtanadi (Gambar 3.5)
diketahui bahwa setiap hari ada 5 (lima) unit motor dan pompa sentrifugal yang
dioperasikan. sedangkan 1 (satu) unit motor dan pompa sentrifugal lainnya
berfungsi sebagai cadangan. Motor 1, 2 dan 3 dihubungkan secara paralel serta
48
motor 4 dan 5 juga terpasang paralel namun terpisah dikarenakan pipa untuk
kebutuhan mengalirkan air ke tempat lain.
Analisa dilakukan selama 3 (tiga) hari, pada tanggal 08, 15, dan 22 Juni
2015. Berikut adalah data pengoperasian Pompa Bosster Pump selama 3 hari,
seperti yang terlihat pada tabel 4.1, 4.2, dan 4.3 di bawah ini (lebih lengkap dapat
melihat lampiran) :
JAM Pompa Level Air (M)
P.01.1 P.01.2 P.01.3 P.01.4 P.01.5 P.01.6 Menara GNG
4
9 1 1 0 1 1 0 380 320
10 1 1 0 1 1 0 310 263
11 1 1 0 1 0 0 250 233
12 1 1 0 1 0 0 320 206
13 1 1 0 1 0 0 390 185
14 0 0 0 1 0 0 460 230
15 0 0 0 1 0 0 530 275
16 1 1 0 1 0 0 590 320
17 1 1 0 1 1 0 480 265
18 1 1 0 1 1 0 410 210
19 1 1 0 1 1 0 340 155
20 1 1 0 1 1 0 250 100
21 1 1 0 1 1 0 300 87
22 0 1 1 0 1 0 470 73
23 0 0 1 0 1 0 590 95
24 0 0 0 0 0 0 590 180
1 0 0 0 0 0 0 590 265
2 0 0 0 0 0 0 580 350
3 0 0 0 0 0 0 580 435
4 0 1 1 0 0 0 570 520
5 0 1 1 0 0 0 550 503
6 1 0 1 1 1 0 490 437
7 1 0 1 1 1 0 370 354
8 1 0 1 1 1 0 240 380
Total 14 14 7 16 12 0 10.630 6441
Beroperasi
Keterangan : 1 = Beroperasi, 0 = Tidak Beroperasi
Tabel 4.1. Pengoperasian Pompa dan level ketinggian pada Booster Pump Menara Air
PDAM Tirtandi Pada : Senin, 08 Juni 2015
49
JAM Pompa Level Air (M)
P.01.1 P.01.2 P.01.3 P.01.4 P.01.5 P.01.6 Menara GNG
4
9 1 0 1 1 1 0 250 205
10 1 0 1 1 1 0 200 148
11 0 0 1 1 1 0 250 130
12 0 0 1 0 1 0 300 190
13 0 0 1 0 1 0 350 256
14 0 0 0 0 0 0 400 345
15 0 0 0 1 1 0 450 360
16 0 1 0 1 1 0 500 360
17 1 1 0 1 1 0 550 345
18 1 1 0 1 1 0 400 290
19 1 1 0 1 1 0 240 240
20 1 1 0 1 1 0 300 205
21 1 1 0 1 1 0 430 157
22 1 1 0 1 1 0 550 113
23 0 1 0 0 1 0 600 85
24 0 0 0 0 0 0 600 172
1 0 0 0 0 0 0 600 259
2 0 0 0 0 0 0 590 347
3 0 0 0 0 0 0 590 433
4 0 1 0 0 0 0 580 520
5 0 1 0 0 0 0 550 514
6 1 0 1 1 1 0 500 447
7 1 0 1 1 1 0 420 358
8 1 0 1 1 1 0 330 266
Total 11 10 8 14 17 0 10.530 6745
Beroperasi
Keterangan : 1 = Beroperasi, 0 = Tidak Beroperasi
Tabel 4.2. Pengoperasian Pompa dan level ketinggian pada Booster Pump Menara Air
PDAM Tirtandi Pada : Senin, 15 Juni 2015
50
JAM Pompa Level Air (M)
P.01.1 P.01.2 P.01.3 P.01.4 P.01.5 P.01.6 Menara GNG
4
9 1 0 1 1 1 0 310 257
10 1 0 1 1 1 0 370 195
11 1 0 1 1 1 0 450 143
12 1 0 1 1 1 0 500 97
13 0 0 1 0 1 0 550 169
14 0 0 0 0 1 0 590 203
15 0 0 0 0 1 0 570 278
16 1 0 0 0 1 0 530 341
17 1 0 1 1 1 0 470 307
18 1 0 1 1 1 0 400 259
19 1 0 1 1 1 0 370 198
20 1 0 1 1 1 0 290 143
21 1 0 1 1 1 0 360 113
22 0 0 1 0 1 0 430 83
23 0 0 1 0 1 0 500 55
24 0 0 0 0 0 0 590 145
1 0 0 0 0 0 0 580 235
2 0 0 0 0 0 0 570 325
3 0 0 0 0 0 0 550 415
4 0 1 1 0 0 0 540 520
5 0 1 1 0 0 0 530 485
6 0 1 1 1 1 0 440 450
7 0 1 1 1 1 0 360 413
8 0 1 1 1 1 0 300 413
Total 10 5 17 12 18 0 11.150 6242
Beroperasi
Keterangan : 1 = Beroperasi, 0 = Tidak Beroperasi
Tabel 4.3. Pengoperasian Pompa dan level ketinggian pada Booster Pump Menara Air
PDAM Tirtandi Pada : Senin, 22 Juni 2015
51
Dari data ketiga tabel di atas, diketahui bahwa volume air bergerak
fluktuatif. Dapat disimpulkan seperti tabel 4.4 di bawah ini :
Tanggal Perhari
(Jam)
Jumlah
pompa
(Unit)
Jumlah
jam
Total jam
pompa beroperasi
(Jam)
Level
Air
(m3)
Senin, 08 - Juni 2015 24 5 120 63 17.071
Senin, 15 - Juni 2015 24 5 120 60 17.275
Senin, 22 - Juni 2015 24 5 120 62 17.392
Rata - rata 12,32 1 24 61,6 17.246
Dari laporan ini, dapat diketahui rata-rata debit air per hari yang dialirkan
ke konsumen kecamatan Medan kota dan sekitarnya oleh kelima pompa dari
booster pump menara adalah : 17.246 m3
dengan jam beroperasi dalam satu hari
12, 32 jam.
Sub total dari kelima pompa adalah 17.246 m3 /
hari. Untuk mengetahui
debit dari satu pompa dapat dihitung sebagai berikut :
Q total = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 / 5
= 17.246 / 5
= 3449,2 m3 /
hari
Satu buah pompa memproduksi 3449,2 m3 /
hari air.
Setelah mendapat debit total kelima pompa dan satu buah pompa, maka
berdasarkan tabel 3.2 dapat diketahui kapasitas pompa sesuai spesifikasi unit
maksimal yaitu :
Tabel 4.4. Pengoperasian Pompa dan level ketinggian pada Booster Pump
Menara Air PDAM Tirtanadi
52
Dik : P.01.1 = 75 liter/detik
P.01.2 = 75 liter/detik
P.01.3 = 75 liter/detik
P.01.4 = 75 liter/detik
P.01.5 = 75 liter/detik
Dit : Berapa Q spesifikasi kelima pompa ?
Jawab :
Q spek total = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
= 75 + 75 + 75 + 75 + 75 liter/sekon
= 375 liter/sekon atau = 32.400 m3 /
hari
Menurut perhitungan di atas, kapasitas pompa sesuai spesifikasi pompa
adalah 32.400 m3 /
hari. Dengan demikian melihat realitas pengukuran yang
dilakukan pada 30 Juli 2015 telah mengalami penurunan kapasitas sebesar :
Total Q losses = Q spek – Q aktual
= 32.400 - 17.246
= 15.154 m3 /
hari
Persentase = 𝑄 𝑆𝑝𝑒𝑘 − 𝑄 𝐴𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙
𝑄 𝑆𝑝𝑒𝑘 X 100%
= 32.400 − 17.206
32.400 X 100%
53
= 15.154
32.400 X 100%
= 0,468 x 100% = 46,77 %
Dari perhitungan ini penurunan kapasitas pompa dari spesifikasi dengan
perhitungan yang ada di lapangan sebesar 15.154 m3 / hari atau 46,77 %.
4.2. Perhitungan Daya Motor Untuk Kerja pompa
Dari hasil pengukuran yang dilakukan pada lokasi Booster Pump Menara
Air PDAM Tirtanadi guna menentukan besar daya motor induksi untuk pompa air
diperoleh data pada Tabel 4.5 dan Tabel 4.6 berupa debit, tekanan, massa jenis,
gravitasi, tegangan masuk, arus, dan faktor daya. Data ini merupakan data dari
pompa air dan data motor induksi yang digunakan pada saat analisa.
No. Pompa Debit
(m3/hari)
Head
(m)
Massa Jenis
(kg/m3)
Gravitasi
(m/s3)
P.01.1 3449,2 70 1000 9,8
P.01.2 3449,2 70 1000 9,8
P.01.3 3449,2 70 1000 9,8
P.01.4 3449,2 50 1000 9,8
P.01.5 3449,2 50 1000 9,8
Tabel 4.5. data debit air, head, massa jenis air, dan gravitasi dari pompa-pompa
54
No. Elektromotor Tegangan
(V)
Arus
(A)
Faktor Daya
(cos Ø)
E.01.1 380 165,6 0,86
E.01.2 380 165,6 0,86
E.01.3 380 165,6 0,86
E.01.4 380 102,9 0,85
E.01.5 380 138 0,86
4.3. Perhitungan Efesiensi Daya Motor Untuk Kerja pompa
Berdasarkan data-data yang diperoleh di atas, dapat dilakukan
perhitungan berapa besar nilai daya dan efisiensi motor induksi 3 phasa terhadap
pompa.:
Motor 1, motor 2 dan motor 3 memiliki spesifikasi sama, maka
perhitungan akan dilakukan pada motor 1 saja, yaitu :
Motor 1
Daya Masuk (P in) :
Dik = V = 380 V
I = 165,6 A
cos Ø = 0,86
Dit = Daya Masuk Motor (P in) ?
Jawab =
P in = 3 x V x I x cos Ø
Tabel 4.6 Data motor induksi untuk kerja pompa berupa tegangan, arus, dan faktor
daya
55
= ( 3 x 380) x (165,6 x 0,86)
= 658,17 x 142,416
= 93,7 KW
Setelah diketahui daya input motor yang diberikan pada pompa, maka
dihitung juga daya hidrolis yang keluar pada pompa 1
Pompa 1
Daya Hidrolis (PH) =
Dik : Q = 3449,2 m3 /
hari = 0.04 m3 /
s = 143,72 m3 /
jam
H = 70 m
𝜌 = 1000 (kg/m3)
𝑔 = 9,8 (m/s2)
Dit : Daya Hidrolik (PH) Pompa 1... ?
Jawab :
PH = 𝑄 x 𝐻 x 𝜌 x 𝑔
1000
= 0.04 X 70 𝑥 1000 𝑥 9,8
1000
= 2,8 X 9800
1000
= 27, 44 KW
56
Estimasi Efesiensi Pompa =
Eff (%) = 65.08 x H- 0.124476
x Q 0.094734
= 65.08 x 70- 0.124476
x 143,38 0.094734
= 65,08 x 0,589 x 1,6 %
= 61,33 %
Daya Poros Pompa (Ps)
Daya poros pompa adalah daya output dapat dihitung sebagai berikut :
Dik : PH = 27,44 KW
Efesiensi pompa (η)= 61,33%
Dik : Daya poros pompa (Ps) ?
Jawab :
Daya poros pompa : Ps = Daya Hidrolis / Efesiensi pompa
= 27.44 KW / 0,61
= 44, 98 KW
Setelah diketahui daya input motor dan daya poros pompa yang
merupakan ouput dari hubungan motor dengan pompa, maka dapat dihitung
efisiensi dari daya motor sebagai berikut :
Efesiensi (η) :
Efesiensi dari motor tersebut dapat dihitung sebagai berikut :
Efesiensi (η) = P out / P in X 100%
= 44, 98 KW / 93,7 KW X 100%
= 48 %
57
Rugi – rugi :
Sehingga rugi – rugi daya pada motor seperti yang dijelaskan di atas dapat
diketahui dengan perhitungan sebagai berikut:
Dik : P in = 93,7 KW
P out = 44, 49 KW
Dit : Rugi – rugi ?
Jawab :
Rugi – rugi = P in – P out
= 93,7 KW – 44, 49 KW
= 49, 21 KW
Dengan adanya nilai efisiensi daya dari hasil motor 1. Maka, efisiensi
motor 2 dan 3 diasumsikan sama, karena tidak ada perbedaan spesifikasi.
Motor 4
Daya Masuk (P in) :
Daya masuk (P in) yang diberikan motor 1 pada pompa 1 dapat di hitung
sebagai berikut :
Dik = V = 380 V
I = 102,9 A
cos Ø = 0,85
Dit = Daya Masuk Motor (P in) ?
58
Jawab =
P in = 3 x V x I x cos Ø
= ( 3 x 380) x (102,9 x 0,85)
= 658,17 x 87, 465
= 57, 56 KW
Setelah diketahui daya output motor, rugi-rugi dan efisiensi motor 4 yang
diberikan pada pompa, maka dihitung juga daya hidrolis yang keluar pada pompa
4
Pompa 4
Daya Hidrolik (PH)
Dik : Q = 3449,2 m3 /
hari = 0.04 m3 /
s
H = 50 m
𝜌 = 1000 (kg/m3)
𝑔 = 9,8 (m/s2)
Dit : Daya Hidrolik (PH) Pompa 4... ?
Jawab :
PH = 𝑄 x 𝐻 x 𝜌 x 𝑔
1000
= 0.04 X 50 𝑥 1000 𝑥 9,8
1000
= 2 X 9800
1000
= 19,6 KW
59
Estimasi Efesiensi Pompa =
Eff (%) = 65.08 x H- 0.124476
x Q 0.094734
= 65.08 x 50- 0.124476
x 143,38 0.094734
= 65,08 x 0,61 x 1,6 %
= 63,51 %
Daya Poros Pompa (Ps)
Dik : PH = 19,6 KW
Efesiensi (η)= 63,51
Dik : Daya poros pompa (Ps) ?
Jawab :
Daya poros pompa : Ps = Daya Hidrolis / Efesiensi
= 19,6 KW / 0,635 KW
= 30, 86 KW
Efesiensi (η) :
Efesiensi dari motor tersebut dapat dihitung sebagai berikut :
Efesiensi (η) = P out / P in X 100%
= 30, 86 KW / 57,56 KW X 100%
= 53,61 %
Rugi – rugi :
Sehingga rugi – rugi daya pada motor seperti yang dijelaskan di atas dapat
diketahui dengan perhitungan sebagai berikut:
60
Dik : P in = 57,56 KW
P out = data dari nameplate motor = 55 KW
Dit : Rugi – rugi ?
Jawab :
Rugi – rugi = P in – P out
= 57,56 KW – 30, 86 KW
= 26, 7 KW
Rugi – rugi dari motor ini adalah 26, 7 KW
Motor 5
Daya Masuk (P in) :
Daya masuk (P in) yang diberikan motor 1 pada pompa 1 dapat di hitung
sebagai berikut :
Dik : V = 380 V
I = 138 A
cos Ø = 0,86
Dit : Daya Masuk Motor (P in) ?
Jawab :
P in = 3 x V x I x cos Ø
= ( 3 x 380) x (138 x 0,86)
= 658,17 x 118,68
= 78, 11 KW
Setelah diketahui daya input motor, rugi-rugi dan efisiensi motor 5 yang
diberikan pada pompa, maka dihitung juga daya hidrolis yang keluar pada pompa
5
61
Pompa 5
Daya Hidrolik (PH)
Dik : Q = 3449,2 m3 /
hari = 0.04 m3 /
s
H = 50 m
𝜌 = 1000 (kg/m3)
𝑔 = 9,8 (m/s2)
Dit : Daya Hidrolik (PH) Pompa 4... ?
Jawab :
PH = 𝑄 x 𝐻 x 𝜌 x 𝑔
1000
= 0.04 X 50 𝑥 1000 𝑥 9,8
1000
= 2 X 9800
1000
= 19,6 KW
Estimasi Efesiensi Pompa =
Eff (%) = 65.08 x H- 0.124476
x Q 0.094734
= 65.08 x 50- 0.124476
x 143,38 0.094734
= 65,08 x 0,61 x 1,6 %
= 63,51 %
62
Daya Poros Pompa (Ps)
Dik : PH = 19,6 KW
Efesiensi (η)= 63,51 %
Dik : Daya poros pompa (Ps) ?
Jawab :
Daya poros pompa : Ps = Daya Hidrolis / Efesiensi
= 19,6 KW / 0,635 KW
= 30, 86 KW
Efesiensi (η) :
Efesiensi dari motor tersebut dapat dihitung sebagai berikut :
Efesiensi (η) = P out / P in X 100%
= 30, 86 KW / 78,11 KW X 100%
= 39,5 %
Rugi – rugi :
Sehingga rugi – rugi daya pada motor seperti yang dijelaskan di atas dapat
diketahui dengan perhitungan sebagai berikut:
Dik : P in = 78,11 KW
P out = data dari nameplate motor = 75 KW
Dit : Rugi – rugi ?
Jawab :
Rugi – rugi = P in – P out
= 78,11 KW – 30, 86 KW
= 47, 25 KW
Rugi – rugi dari motor ini adalah 47, 25 KW
63
IV.3 Data Hasil Perhitungan
Diperoleh hasil nilai efisiensi besar daya motor yang digunakan dalam
menjalankan pompa pada tanggal 08, 15, 22 Juni 2015 dapat dilihat pada tabel 4.7
berikut ini
No.
Motor P in
(KW)
PH (KW) Eff Pompa
(%) Ps
(KW)
Eff Motor
(%)
Rugi-rugi
(KW)
E.01.1 93,7 27,44 61,33 44,98 48 49,21
E.01.2 93,7 27,44 61,33 44,98 48 49,21
E.01.3 93,7 27,44 61,33 44,98 48 49,21
E.01.4 57,56 19,6 63,51 30,86 53,61 26,7
E.01.5 78,11 19,6 63,51 30,86 39,5 47,25
Rata-
rata 83, 35 24, 30 62, 2 39, 33 47, 42 44, 31
Jikalau diambil dari perhitungan nilai rata-rata konversi daya motor ke
pompa maka dapat dihitung hanya sekitar 30 % daya listrik yang ditransfer
menjadi daya hidrolis. Untuk lebih jelasnya dapat melihat gambar 4.1 berikut ini :
Tabel 4.7. Perhitungan daya, rugi-rugi dan efisiensi motor terhadap pompa
64
Dari data hasil seperti tabel 4.7 di atas, dapat diketahui bahwa penurunan
penggunaan daya motor listrik yang digunakan sebagai penggerak pompa seperti
yang terlihat pada gambar 4.2 berikut :
Gambar 4.1. Ilustrasi transfer daya masuk motor ke daya hidrolis
Daya Masuk / Daya Penggerak Motor (KW)
Daya Poros Pompa (KW) Daya Hidrolik (KW)
E.01.1 93.7 44.98 27.44
E.01.2 93.7 44.98 27.44
E.01.3 93.7 44.98 27.44
E.01.4 57.56 30.86 19.6
E.01.5 78.11 30.86 19.6
93.7
44.98
27.44
93.7
44.98
27.44
93.7
44.98
27.44
57.56
30.86
19.6
78.11
30.86
19.6
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Dal
am P
ers
en (
%)
Gambar 4.2. Grafik Konversi Daya Motor AC 3 Phasa Ke Pompa
65
Dari kelima motor listrik yang ada, tidak ada satu pun yang menyentuh
efesiensi maksimum yang berkisar 75 – 80 % dari beban penuh. Untuk lebih
jelasnya dapat dilihat dari gambar 4.3 di bawah ini :
Motor induksi 3 phasa untuk kerja pompa air pada Booster Pump Menara
Air Tirtanadi rata – rata bekerja pada efisiensi di bawah 50%. Besarnya debit air
dan tekanan (head) untuk kebutuhan air pada pompa mempengaruhi besar nilai
efesiesi daya motor yang digunakan.
Rugi – rugi sebagian daya kemungkinan besar dikeluarkan dalam bentuk
lain seperti panas.pendinginan, gesekan dan radiasi bagian tenaga yang tidak
dapat diubah menjadi tenaga mekanis dinilai sebagai kerugian pada proses
pengubahan tenaga.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
[VALUE] % [VALUE] % [VALUE] %
[VALUE] %
[VALUE] %
Efe
sisi
en
si M
oto
r A
C 3
Ph
asa
Dal
am P
ese
n (
%)
Motor 1 Motor 2 Motor 3 Motor 4 Motor 5
Gambar 4.3. Grafik Nilai Efesiensi Daya Motor AC 3 Phasa
66
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil analisa yang telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan sebagai
berikut :
1. Pada Booster Pump Menara Air Tirtanadi Setiap hari ada 5 (lima) unit
motor dan pompa yang dioperasikan secara bergantian dan paralel,
sedangkan 1 (satu) unit motor dan pompa lainnya berfungsi sebagai
cadangan.
2. Dari laporan operator Booster Pump Menara, dapat diketahui rata-rata
debit air per hari yang dialirkan ke konsumen kecamatan Medan kota dan
sekitarnya oleh kelima pompa adalah : 17.246 m3
dengan jam beroperasi
dalam satu hari 12, 32 jam. Satu buah pompa memproduksi air 3449,2 m3 /
hari.
3. Dari perhitungan pada beban, membandingkan dengan total spesifikasi
pabrik yang seharusnya dihasilkan, maka kinerja dari pompa adalah
15.154 m3 / hari atau 46,77 %. (data diambil pada 08, 15, 22 Juni 2015).
4. Jikalau diambil dari perhitungan nilai rata-rata konversi daya motor ke
pompa maka dapat dihitung hanya sekitar 30 % daya listrik yang ditransfer
menjadi daya hidrolis.
67
5. Motor induksi 3 phasa untuk kerja pompa air pada Booster Pump Menara
Air Tirtanadi rata – rata bekerja pada efisiensi di bawah 50% atau lebih
tepatnya 47,42%. Nilai efisiensi masih jauh dari efisiensi maksimum yang
berkisar sekitar 75 – 80 % dari beban maksimal, ataupun efisiensi pabrik.
6. Rugi – rugi sebagian daya kemungkinan besar dikeluarkan dalam bentuk
lain seperti panas, pendinginan, gesekan dan radiasi bagian tenaga yang
tidak dapat diubah menjadi tenaga mekanis dinilai sebagai kerugian pada
proses pengubahan tenaga.
7. Selain itu, pemakain motor yang sudah cukup berumur tentu sedikit
banyaknya mempengaruhi nilai efisiensi yang terus meningkat mengurangi
biaya operasional yang tinggi akibat dari usia penggunaan motor.
5.2 Saran
Ada beberapa saran untuk dapat meningkatkan efisiensi, antara lain :
1. Meningkatkan maintanance sebagai usaha menghasilkan produksi yang
memuaskan. Beberapa maintenance yang baik :
- Inspeksi motor secara teratur
- Pelumasan yang cukup
2. Perlu dilakukan pembuatan tabel cek kerusakan untuk operator dan
tabel jadwal maintenance untuk teknisi. Semua hal yang disarankan
tersebut untuk membantu meningkatkan kapabilitas proses dari sistem
perusahaan.
68
3. Dihindarkan dari temperatur tinggi paparan debu, lingkungan yang
korosif, kelembaban yang dapat menurunkan efisiensi motor
4. Operasi kerja motor pompa secara bergantian dapat menghindari terjadi
pemanasan berlebihan pada motor pompa yang bisa mengakibatkan
turunnya efisiensi motor pompa dan efisiensi konsumsi energi listrik.
5. Melihat dari masih jauhnya nilai efisiensi dari kelima motor, ada
baiknya pihak perusahaan mengevaluasi serius dengan mendetail untuk
nantinya dapat meningkatkan produksi. Misalkan menambah atau
mengganti motor listrik yang lebih baru dan berefesiensi tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
Austine Gbasouzor Ikechukwu & Keneddy Owuama Chinedu,”Design and
Characterization of a Model Polythene Recycling Machine for Economic
Development and Pollution Control in Nigeria”, Nigeria, 2013.
Edahwati,Luluk,”Alat Industri Kimia”,UPN Press, Surabaya, 2009.
Ir. Parlindungan Marpaung, “Prinsip Konservasi Energi Pada Sistem Pompa”.
http://www.upliftindonesia.com/media/CEM-seminar/6C.pdf. Diakses 1
Maret 2016.
Fransisco dkk,”Laporan Kerja Peraktek di PLTBS Sei Mangkei”, Medan, 2013.
Larry Bachus, Angel Custodio. (2003), Know and Understand Centrifugal pumps,
Elsevier Bachus Company, Inc., Oxford UK.
Lemigas (2000). Dasar - dasar Pompa Positive Displacement dan Centrifugal,
Lemigas, Jakarta.
Lister Eugene c, “Mesin dan Rangkaian Listrik”, Edisi Keenam, Erlangga,
Jakarta,1988.
Parr Andrew,”Hidrolika dan Pneumatika Pedoman Bagi Teknisi dan Insinyur”,
Erlangga, Jakarta, 2003.
Pudjanarsa A, Nursuhud Djati. (2008), Mesin Konversi Energi, Penerbit Andi,
Yogyakarta.
Pratama Aditasa,” Studi Penentuan Kapasitas Motor Listrik Untuk Pendingin dan
Penggerak Pompa Air High Pressure Pengisi Boiler Untuk Melayani
Kebutuhan Air Pada PLTGU Blok III (PLTG 3x 112 MW & PLTU 189
MW) Unit Pembangkit Gresik”, ITS, Surabaya, 2009.
Rizal Angga Ghazali (2011), “Metode Perhitungan Efisiensi Motor Induksi yang
Sedang Beroperasi”, Depok.
Sularso, Haruo Tahara. (2004), Pompa dan Kompresor, Cetakan Ketujuh,
Pradnya Paramita, Jakarta.
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama Lengkap : ARI SAPUTRA
Alamat : Jl. Marelan V Pasar 2 Barat, Gg. Kusuma,
Link 2 terjun, Kec. Medan Marelan,
Kode Pos 21255, Medan – Sumatera Utara.
Tempat / Tgl. Lahir : Medan, 15 Maret 1990
Jenis Kelamin : Laki - laki
Agama : Islam
Status : Belum Menikah
No. HP : 0812 6009 0153
E-mail : [email protected]
Kebangsaan : Indonesia
PENDIDIKAN FORMAL
1995 - 1996 : Lulus TK. Tunas Harapan YKPP II Dumai
1996 - 2002 : Lulus SD Swasta MELATI Medan
2002 - 2005 : Lulus SMP Negeri 20 Medan
2005 - 2008 : Lulus SMK TI SINAR HUSNI, Helvetia Deli Serdang
PENDIDIKAN INFORMAL
2005 - 2006 : Lulus Les Bahasa Inggris & Japan kelas Elementary One di
INTEL.Com.Plus Medan.
PENGALAMAN ORGANISASI
2010 - 2013 : UKM - Lembaga Pers Mahasiswa Teropong UMSU
PENGALAMAN BEKERJA
2011 - Sekarang : BUMD PDAM Tirtanadi Provinsi Sumatera Utara
Demikianlah daftar riwayat hidup ini saya perbuat dengan sebenar-benarnya.
Medan, Maret 2016
Hormat saya,
( ARI SAPUTRA )
Lampiran 1
Lampiran 2